公孙鞅到达秦国后，经人介绍，与秦孝公一连进行了三次对话，一次比一次热烈。孝公非常赞叹公孙鞅的才能，于是决定重用他。公元前359年，秦孝公任命公孙鞅为“左庶长”(秦爵位为二十级，左庶长为第十级)，开始在秦国实行一系列变法举措。

在变法之初，以老臣甘龙为首的秦国贵族保守派出来竭力抵制，但由于孝公的极力支持，变法便得以顺利地推行了下去。

公孙鞅先后在秦孝公的支持下进行了两次大规模的变法改革，历时二十余载。在变法之初，公孙鞅还别出心裁地想出了一招“徙木立信”的妙计，以争取老百姓对新法的信任。他第一次改革的重点是清除秦国的贵族势力和废除“井田制”、实行土地私有制，其大体内容是：(1)废除秦国的世卿世禄制，而实行二十级的军功爵；(2)奖励军功，禁止私斗；(3)实行户籍制度和“连坐法”；(4)鼓励耕织，发展经济。

这一次变法进行了十年，取得了明显的效果，秦国逐渐变得富裕和强大起来。公孙鞅也因为变法有功而被提升为大良造(第十六级爵位)。为了进一步巩固封建制，秦孝公十二年(前350年)，秦国迁都咸阳，同时公孙鞅又开始主持了秦国的第二次变法。这一次变法的大致内容是：(1)推行县制；(2)废井田，开阡陌；(3)制定秦律；(4)统一度量衡；(5)烧诗书，禁游学，实行愚民政策。此次变法的成效也很大，公孙鞅还因此被分封在了商地，所以后人又把他称为“商鞅”。

商鞅变法改革近二十年，取得了突破性的功绩，它彻底改变了秦国的落后面貌：“行之十年，秦民大悦，道不拾遗，山无盗贼，家给人足。民勇于公战，怯于私斗，乡邑大治。”(《史记》)此次变法对内打击了旧贵族的保守势力，促进了社会安定、生产发展和国力的增强。秦国终于由一个被中原诸侯国视为夷翟之邦的国度，而一跃成为了令关东诸国闻之胆寒的虎狼之国，从此“诸侯卑秦”的局面一去不复返了。后来，商鞅还几次率军对外出征，也开展一系列的外交活动，结果都取得了成功。它使得魏、赵两国不敢再轻视秦国，还收回了部分河西之地。由此，商鞅将一个落后的秦国变为了发展中的秦国，为建立一个更加强大的、灭六国而统一中国的秦国奠定了坚实的基础。